JPS6127941A - ピルビン酸の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はピルビン酸−を製造する方法に関し、詳しく鉱
ピルビン酸メチルから高純度のピルビン酸を製造する方
法に関する。

ピルビン酸は、Ｌ−チロシン、Ｌ−ドーパ−１Ｌ−）リ
プトファンなどのアミノ酸の合成原料として、また医薬
、農薬などの合成中間体として有用な化合物である。

〔従来の技術〕

ピルビン酸の工業的に有利な―遣方法として、ピルビン
酸メチルを加水分解してピルビン酸に変換する方法がめ
る。しかしながら、ピルビン酸は非常に反応性に富む不
安定な化合物でめるためピルビン酸メチルの加水分解に
おいて副反応が生じ易く、得られるピルビイ酸には副生
成物が混入するという問題がめった。この問題を解決す
る方法として、ピルビン酸メチルの加水分解および生成
するピルビン酸の蒸留精製を５０〜８０℃の温度範囲内
で行うことが璋案されている（特開昭５６−４０６３８
号公報参照）。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

本発明者らがピルビン酸メチルの加水分解について詳細
に検討したとζろ、上記の副生成物は主としてピルビン
酸の縮合物であることが判明した。

本発明者らは、さらにピルビン酸メチルの加水分解によ
って得られる反応混合液からピルビン酸を蒸留精製する
ことを検討したが、蒸留中にピルビン酸が縮合反応など
の副反応によって消費されるため、留出物として得られ
るピルビン酸の゛収率を工業的に満足しうる程度に高め
ることは容易でないことが判った。

本発明の目的は、入手容易なピルビン酸メチルを原料と
して高純度のピルビン酸を高収率で工業的に有利に製造
する方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、上記の目的は、ピルビン酸メチルを水
および酸触媒の存在下に加水分解してピルビン酸を製造
するに際し、加水分慣を５０〜８０℃の温度範囲内でピ
ルビン酸メチルの転化率を９８％以下に抑えて行い、つ
いで得られた反応混合液から未反応のピルビン酸メチル
を水との共沸混合物として留去することを特徴とするピ
ルビン酸の製造方法を提供することによって達成される
。

本発明の方法において加水分解に使用する水の量はピル
ビン酸メチルに対して通常約５〜２５倍モル量が適当で
あｐｌ特に約１０〜２０倍モル量が好ましい。使用する
水の量が少なすぎると、加水分解速度が遅く縮合物など
の副生量が多くなる。

使用する水の量が多いほど縮合物などの副生を抑制し易
いが、水の量が多すぎると反応後に得られるピルビン酸
水溶液の濃度が低くなるためピルビン酸の濃縮操作上、
効率的ではない。

加水分解における反応系に存在させる酸触媒としては、
ピルビン酸、塩酸、硫酸、リン酸ｓ　　ｐ−トルエンス
ルホン酸などの可溶性の酸または陽イオン交換樹脂など
の不溶性の酸を適宜用いることができる。この中でも、
反応後において酸触媒を分離する操作が不要で多ること
および生成するピルビン酸を着色させる危惧がないこと
などから、酸触媒としてピルビン酸を使用することが好
ましい０酸触媒としてピルビン酸を用いる場合、これを
反応系に予め添加しておいてもよいが、ピルビン酸メチ
ルが水と共存すると加水分解して少なくとも微量のピル
ビン酸が容易に生成することから、ピルビン酸を反応系
に予め添加しておく必要はなく、ピルビン酸メチルの加
水分解によって生じるピルビン酸を反応系内に存在させ
ることによって酸触媒として作用させることができる。

カルボン酸エステルの加水分解において生成するカルボ
ン酸自身を加水分解の酸触媒として使用する例は極めて
特殊である。ピルビン酸メチルの加水分解では生成する
ピルビン酸が強酸であることから、とのピルビン酸をピ
ルビン酸メチルの加水分解における酸触媒として利用す
ることが可能である。

ピルビン酸メチルの加水分解は５０〜８０℃の温度範囲
内、好ましくは６０〜７５℃の温度範囲内で実施するこ
とが必要である。反応温度が５０℃よシも低い場合には
加水分解の速度が遅いために実用的ではなく、また８０
℃よりも高い場合にはピルビン酸の縮合物などの副生が
著しい。

加水分解反応によってメタノールが生成するが、生成す
るメタノールを速やかに反応系外に除去することによシ
、逆反応であるピルビン酸とメタノールのエステル化を
抑制し、ピルビン酸メチルの加水分解を促進することが
できる。その結果、反応時間を短縮しピルビン酸の縮合
物などの副生を抑制することができるうえ、ピルビン酸
のジメチルケタールの副生を防止することができる。こ
のため、ピルビン酸メチルと水とを一定組成比で蒸留塔
に仕込み生成するメタノールを連続的に留出させながら
加水分解を行う方式（反応蒸留方式）を採用することが
好ましい。蒸留塔としては、塔内で反応を行い、生成物
（＠にメタノール）および未反応ピルビン酸メチルなど
をその沸点差によって分離しうるものであればよく、通
常の蒸留塔を使用することが工きる。工業的には棚段塔
、充填塔などを使用することが好ましい。反応蒸留方式
を採用する場合、反応領域の温度が５，０〜８・０℃の
範囲内であることが必要であるが、この反応温度におい
て生成したメタノールが反応系がら速やかに留出しうる
ように、メタノールの沸点を考対水の重量比が５４対４
６の共沸混合物（沸点６６℃／　２３０　Ｔｏｒｒ）を
形成する。従って、反応蒸留方式によシ加水分解を行う
場合、水との共沸混合物として塔中股領域に滞留するピ
ルビン酸メチルの量だけ塔底液中に存在するピルビン酸
メチルの量が減少する。一方、ピルビン酸メチルの加水
分解を促進する酸触媒として作用するピルビン酸は高沸
点（１２８，５℃／　２３０　Ｔｏｒｒ）であるため塔
底液中に存在する。この結果、ピルビン酸メチルとピル
ビン酸との接触効率が低下し、ピルビン酸メチルの加水
分解速度が低下する傾向にある。ピルビン酸メチルの加
水分解をさらに促進するためには、塔底に存在する反応
混合液（塔底液）の少なくとも一部を塔の中段に循環す
ることによって塔中股領域に滞留するピルビン酸メチル
をピルビン酸と接触させることが好ましい。このように
反応領域を塔底部のみからさらに塔中段部にまで拡大す
ることによシ、短い反応時間でピルビン酸メチルの転化
率をさらに向上させうると共に、縮合物などの副生を抑
制することが容易となる。

本発明の方法における加水分解は、ピルビン酸メチルの
転化率が９８％以下の範囲内になるように抑えて行うこ
とが必要である。ピルビン酸メチルの転化率が高い状態
になるほど加水分解速度が低下するので、たとえ前述の
反応蒸留方式を採用するとしてもピルビン酸メチルの転
化率を９８％よりも高くするには反応時間が著しく長く
なシ、これによジビルビン酸の縮合物などの副生が激し
くなる。ピルビン酸の縮合物などの生成を抑制し、効率
よく加水分解を行うためには、ピルビン酸メチルの転化
率を５０〜９７％の範囲内とすることが好ましく、なか
でも８０〜９５チの範囲内にすることがよシ好ましい。

本発明の方法において、未反応のピルビン酸メチルと生
゛成したピルビン酸との分離は、ピルビン酸メチルを水
との共沸混合物として反応混合液から留出除去すること
によって容易に行うことができる。この蒸留においてビ
ルとン酸メチルと水の共沸混合物以外に水を反応混合液
から留出除去することも可能である。反応混合液から水
を完全に留去させることによって残留液として高純度の
ピルビン酸を得ることができる。しかしながら、水の沸
点はピルビン酸メチルと水との共沸混合物の沸点よシも
高いため（例えば、水の沸点：６９．５”（：、　／　
２３０　Ｔｏｒｒ；ピルビン酸メチルと水との共沸混合
物の沸点：６６℃／　２３０　Ｔｏｒｒ）、反応混合液
からの水の留出量を調節することによって所望の濃度の
ピルビン酸を含有する高純度のピルビン酸水溶液を取得
することも可能である。ピルビン酸は水溶液として存在
させる方がピルビン酸単独で存在させるよシも長期保存
性に優れるため、本発明の方法によって得られたピルビ
ン酸を製造原料として水の不存在下に速やかに使用する
場合を除いて、ピルビン酸水溶液を取得することが好ま
、しい。ピルビン酸を水溶液として取得する方法は。

反ゐ混合液から必要以上の水を留出させないでよいため
ニーティリティ費の面で有利で、あシ、また蒸留操作中
に生起するピルビン酸の縮合物などの副生を抑制し易い
点からも好ましい。なお、回収したピルビン酸メチルの
水溶液は、本発明の方法における加水分解に再使用する
ことができる。

本発明の方法は回分方式および連続方式のいずれでも実
施することが可能である。回分方式においては、加水分
解を終えた後、未反応のピルビン酸メチルを水との共沸
混合物として反応混合液から除去することによって残留
液としてピルビン酸またはその水溶液を得ることができ
る。連続方式においては、加水分解反応器から反応混合
液を蒸留塔または蒸発器に連続的に供給し、そこで未反
応のピルビン酸メチルを水との共沸混合物として反応混
合液から除去°することによシ残留液としてピルビン酸
またはその水溶液を得ることができる。

加水分解後に反応混合液から未反応のピルビン酸メチル
および水などを留去する際には、留出液を凝縮しうる範
囲内の馬力で減圧度を上げ、残留液の温度をできるだけ
低くすることが蒸留操作中でのピルビン酸の縮合物など
の副生を抑制しりるために好ましい。この場合の残留液
の好適な温度は４０〜６５℃の範囲内である。このピル
ビン酸メチルと水との共沸蒸留によって残留液中のピル
ビン酸メチルを実質的に全て除去することが可能である
。

本発明の方法によってピルビン酸の縮合物などの不純物
の少ない高純度のピルビン酸が得られる。

このピルビン酸は使用目的および保存期間に応じて単独
または水溶液のいずれの状態でも取得すること、ができ
る。本発明の方法によって得られるピルビン酸をアミノ
酸またはその他の化合物を製造するための原料として使
用する場合、水溶液の状態で使用することも、またピル
ビン酸塩に変換したのち使用することも可能である。

本発明の方法における原料であるピルビン酸メチルは乳
酸メチルを酸化脱水素反応させるなどの公知の方法によ
って容易に得ることができる（例えば、特公昭５６−１
９８５４号公報、特公昭５７−２４３３６号公報、特開
昭５４−１３８５１４号公報、特開昭５８−６２１３６
号公報など参照）。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例によシ具体的に説明するが、本発
明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１ 理論段数３０段の蒸留塔を有する反応装置の内部を充分
に窒素置換した後、塔底にピルビン酸メチル９０ｆおよ
び水２１０ｆを仕込んだ。蒸留塔の塔頂圧力を２２０　
Ｔｏｒｒに設定し、塔底温度を７２℃に保ちながらピル
ビン酸メチルの加水分解を実施した。この間、蒸留塔の
塔頂温度が３５〜３６℃になるように還流量を調節する
ことによシ、ピルビン酸メチルの同伴を防止しながら生
成したメタノールを速やかに留出させた。塔底液のピル
ビン酸メチルの濃度は反応開始から４時間後で５．８重
量％であった。反応開始後４時間で還流を停止し、留出
受器を切シ替えた後、減圧度を１００Ｔｏｒｒ　ｉで上
げ、未反応ピルビン酸メチルを水との共沸混合物として
留出させた。留出時の塔底温度は約５８℃であった。加
熱停止後、得られた塔底液２０５ｔは濃度２９．５重量
％のピルビン酸水溶液であった。この水溶液中の全有機
化合物に対するピルビン酸の純度は９７．８重量−であ
った。有機不純物のほぼ全量がピルビン酸の縮合物であ
り、ピルビン酸ジメチルケタールは微量であった。原料
のピルビン酸メチルの転化率は、生成したピルビン酸、
ピルビン酸の縮合物およびピルビン酸ジメチルケタール
などの総量に基づくと７９．６％であった。

実施例２ ピルビン酸メチルの加水分解において塔底液を定量ポン
プによ’ｊ）　１４０＋＋Ｊ／　ｈｒの流量で塔中段に
循環する以外は実施例１と同様にして、ピルビン酸メチ
ルの加水分解および反応混合液からの未反応ピルビン酸
の留去を行った。加水分解反応開始よ９４時間後の塔底
液中のピルビン酸メチルの濃度は３重量愛であった。ま
た、ピルビン酸メチル、を留出させて得られた塔底液２
２０２は濃度３０．４重量％のピルビン酸水溶液であっ
た。この水溶液中の全有機化合物に対するピルビン酸の
純度は９８．２重量％であった。有機不純物のほぼ全量
がピルビン酸の縮合物でオシ、ピルビン酸ジメチルケタ
ールは微量でめった。原料のピルビン酸メチルの転化率
は、生成したピルビン酸、ピルビン酸の縮合物およびピ
ルビン酸ジメチルケタールなどの総量に基づくと８７．
７％であった。

実施例３ 内径３０α、塔長９．５ｍのステンレス鋼５ＵＳ３０４
　（Ｊ　Ｉ　８４格）製の蒸留塔〔内部に、外径２８．
４＋ｕ１内径２５．４　ｍ　、高さ３０１１１１のステ
ンレヌ＠５Ｕｓ３０４（ＪＩＳ規格）製の円筒状充填物
を５００７！充填したもの〕の塔底に濃度３５重量−の
ピルビン酸メチル水溶液２００ぶを仕込み、塔底液を１
４０１　／　ｈｒで塔の中段に循環しな≠【ら、塔頂圧
力２２０　Ｔｏｒｒ、塔底温度７２〜７３℃および塔頂
温度３５〜３６℃の条件にてピルビン酸メチルの加水分
解を実施した。反応開始から４時間後、塔底液中のピル
ビン酸メチルの濃度が２．８重量％になったので還流を
停止し、留出槽を切り替え、塔頂圧力１００　Ｔｏｒｒ
および塔底温度５８℃の条件下に１．５時間を要して、
未反応ピルビン酸メチルを水との共沸混合物として留出
させた。得られた塔底液１８Ｘ３ＫＰは濃度３２．９重
量％のピルビン酸水溶液であった。この水溶液中の全有
機化合物に対するピルビン酸の純度は９８．５重量％で
あった。有機不純物のほぼ全量がピルビン酸の縮合物で
おシー　ビルとン酸ジメチルケタールは微量であった。

原料のピルビン酸メチルの転化率は、生成したピルビン
酸、ピルビン酸の縮合物およびピルビン酸ジメチルケタ
ールなどの総量に基ツくト９２．０％であった。

実施例４ 濃度３０重量％のピルビン酸メチルを用いる以外は実施
例３と同様にしてピルビン酸メチルの加水分解を行った
。反応開始から６時間後、塔底液のピルビン酸メチルの
濃度が０．５重量％になった時に、濃度３０重量−のピ
ルビン酸メチル水溶液を３０　Ｊ　／　ｈｒの供給速度
で蒸留塔中段に連続的に供給すると共に、塔底液面を一
定の高さに保ちなから塔底液を連続的に抜出すことによ
って、さらに反応を続行した。ピルビン酸メチル水溶液
の連続供給開始から約１５時間後、缶出液の組成がほぼ
定常になシ、缶出液中のピルビン酸メチルの濃度は６重
量％になった。この時、ピルビン酸メチルの転化率は、
供給液および缶出液の組成に基づくと約８１チであった
。缶出液を別の蒸留塔によって、連続的に蒸留し、残存
するピルビン酸メチルを水との共沸混合物として留出除
去した。蒸留時の塔頂圧力は１００　Ｔｏｒｒ、塔頂温
度は５２℃であシ、塔底温度は５７℃であった。かかる
蒸留塔の缶出液として濃度２９．８重量−のピルビン酸
水溶液を得た。この水溶液中の全有機化合物に対するピ
ルビン酸の濃度は９８．０重量％であった。有機不純物
のほぼ全量がピルビン酸の縮合物であシ、ピルビン酸ジ
メチルケタールは微量であった。

比較例１ 実施例１で用いたものと同じ蒸留塔の塔底に濃度３５重
量％のピルビン酸メチル水溶液３００２を仕込み、塔頂
圧力４００　Ｔｏｒｒ、塔頂温度５０〜５１℃、塔底温
度８５℃および塔底液の循環量１４０ｔｎｌ／ｈｒの条
件下でピルビン酸メチルの加水分解を実施した。反応開
始から３時間後、塔底液中のピルビン酸メチルの濃度が
３．１重量％になったが、ピルビン酸の縮合物がピルビ
ン酸に対して６．８重量％副生じていた。

比較例２ 塔底に３５重量−のピルビン酸メチル水溶液を仕込み、
加水分解反応時間を１２時間にする以外は実施例１と同
様にしてピルビン酸メチルの加水分解および未反応ピル
ビン酸メチルの共沸除去を行った。加水分解反応開始か
ら・１２時間後における塔底液中の未反応のピルビン酸
メチルの濃度は０．２重量％であった。また、未反応ピ
ルビン酸メチルを共沸除去して得られたピルビン酸水溶
液中のピルビン酸の純度は全有機化合物に対して８２重
量％であシ、有機不純物のほぼ全量はピルビン酸の縮合
物であった。原料のピルビン酸メチルの、転化率は、留
出分離された未反応ピルビン酸メチルの量に基づくと９
８．５％であった。

〔発明の効果〕

本発明によって、入手容易なピルビン酸メチルを原料と
して純度９５重量％以上のピルビン酸を高収率で工業的
に有利に製造する方法が提供される０ 特許出願人　株式会社　り　ラ　し。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ピルビン酸メチルを水および酸触媒の存在下に加水
   分解してピルビン酸を製造するに際し、加水分解を５０
   〜８０℃の温度範囲内でピルビン酸メチルの転化率を９
   ８％以下に抑えて行い、ついで得られた反応混合液から
   未反応のピルビン酸メチルを水との共沸混合物として留
   去することを特徴とするピルビン酸の製造方法。 ２、酸触媒がピルビン酸である特許請求の範囲第１項記
   載の製造方法。 ３、ピルビン酸メチルの加水分解を蒸留塔内で行い、生
   成するメタノールを連続的に留去し、塔底に存在する反
   応混合液の少なくとも一部を塔の中段に循環することに
   よつてピルビン酸メチルとピルビン酸とを接触させる特
   許請求の範囲第２項記載の製造方法。